预制装配式剪力墙结构设计与相关连接问题

王亚君

(安徽筑远规划建筑设计有限公司 合肥 230000)

1 预制装配式剪力墙结构设计原则

为了更好地使预制装配式剪力墙结构的设计效果得以提高,相关设计人员在进行方案设计时,应按照设计的基本原则与要求,具体内容如下[1]:

(1)在进行预制装配式剪力墙结构设计时,其设计应具有标准化与模数化的特点,尤其是在每个构件设计的过程中,应要将其标准化程度提高,从而使构件生产制作难度降低,同时也要降低模板的用量,在此基础上,使生产制作的便捷性与经济效益得到更好地提高。在预制装配式剪力墙结构中的各个构件得到标准化制作之后,可以降低在施工现场的安装难度,可以使施工现场的安装效率得到很大地提高。下图为预制装配式剪力墙构件图。

图1 预制装配式剪力墙构件应用

(2)在进行预制装配式剪力墙结构设计的过程中,要根据其实际的功能价值进行设计,使设计出的预制装配式剪力墙结构能够很好地满足实际需求,降低在后期使用的过程中,出现严重损伤的可能性。基于此,在实际设计的过程中,要保证预制装配式剪力墙结构具有足够的稳定性与可靠性,例如在房屋建筑项目中,相关设计人员要重点关注其基本的抗震性能与空间稳定性能,并在设计过程中,要严格按照相关规范进行设计,避免在该方面出现严重的偏差。

(3)在预制装配式剪力墙结构的设计过程中,要秉持以人为本的原则,要考虑到所有与本项目有关的人员,使预制装配式剪力墙结构的设计与施工变得更加科学合理,使其具备较高的可行性,这样可以使空间舒适度得到很好地提升,同时也能使使用者获得更好地使用体验。

2 案例分析

本文以某地区的一个住宅建设项目为实际工程案例,就本工程项目来说,图2为该项目具体效果图,其总占地面积为5.21m2,建筑总高度为62m,建筑类型为PC住宅,其结构体系为框架剪力墙结构体系。

图2 本项目效果图

在本工程项目中,对于所用到的结构构件都采用PC构件,例如,女儿墙、内外墙等,对于所用到的受力构件都采用PC 构件,例如梁、板、悬挑板等。在项目中,主要采用预制装配式剪力墙结构的高层住宅为5栋19层,为24#至28#以及1栋15层,为30#。这5栋19层住宅的预制装配式剪力墙结构的使用率达到了57%,表1为这些楼栋的具体使用情况,而15层住宅的预制率达到了72%,表2为该楼栋的具体使用情况。

表1 19层住宅预制率

表2 15层住宅预制率

3 预制装配式剪力墙结构的连接技术

3.1 套筒连接技术

在预制混凝土构件中,预先埋入金属套筒,然后在套筒内插入钢筋,最后对金属套筒进行浆料的浇筑,从而实现钢筋连接的效果,这就是套筒连接技术[2]如图3所示,在金属套管的两侧,进行灌浆连接。在进行灌浆料制作时,要以水泥为主要材料,以细骨料、外加剂等为辅助材料,然后将其进行充分地搅拌,使其均匀混合,从而得到灌浆的干混料。在实际使用该技术时,在预制构件进行加工制作时,就要在构件的顶部预埋金属插筋,并在构件的底部预埋金属套筒,最后在套筒与刚劲之间,注入具有微膨胀性的砂浆,从而达到钢筋续接的目的。由于套筒的存在,限制了灌浆料的膨胀,使得套筒的内壁与钢筋的表面形成作用力,实现受力传递,从而使预制装配式剪力墙结构的受力更加合理[3]。

图3 套筒灌浆连接示意图

3.2 浆锚连接技术

浆锚连接技术也称为间接搭接技术。需要将搭接的钢筋拉开一定距离,然后再搭接,可以将连接钢筋的拉力通过抗剪结构传递到灌浆位置,然后传递到周围的混凝土结构,充分发挥结构的整体承载能力[4]。

目前,可采用钢筋搭接技术的插入式预留孔注浆,并通过附加螺旋箍筋的方法来对结构的约束进行加强[5]。其主要的施工流程未在预制结构构件的下端内壁预留孔洞,在进行预制构件安装时,将钢筋插入预留的孔洞,并对其进行浆液的浇筑,实现构件的锚固连接,并在孔洞方向布置螺旋箍筋,以提高连接性能。采用这种连接方式,可以有效地传递纵向钢筋和分布钢筋的应力,因此应加强中间墙体结构,避免性能减损的问题。

在该连接技术实际使用的过程中,还要对一定强度的墙体进行结构应力预留,防止在钢筋屈服时,混凝土结构受外力破坏。但对于钢筋直径大于20mm以及纵向钢筋进行连接时,不能采用该技术[6]。

3.3 机械连接技术

机械连接技术属于较早的发展技术,可以成熟地应用于预制装配式剪力墙的施工。该技术的实际使用可以使用钢筋连接不同类型的建筑部件,需要根据特定的施工工艺进行操作,以保证机械连接的质量。通过机械咬合连接器,整个结构可以实现钢筋的受力传递,将一定比例的机械受力分配到钢筋上。从施工原理上来说,该技术就是充分发挥钢筋的端面承压能力,将力从一根钢筋传到另一根钢筋上[7]。

如今,该技术已经衍生出多种技术,例如锥形螺旋接头、套筒挤压接头等。相对于其他连接技术,机械连接技术具有更大的使用范围,因此在预制装配式剪力墙结构施工中,得到广泛应用,可以提高剪力墙结构的抗震性能,有效消除技术应用多样化的弊端[8]。

4 预制叠合板连接构造设计

在对预制叠合板进行连接时,一般分为剪力墙与预制叠合板的连接、连梁与框架梁的连接以及预制叠合板块拼缝。在实际施工的过程中,在对预制叠合板的连接构造进行设计时,应要注意以下几点:

(1)在预制叠合板之间的拼缝进行设计时,设计人员要根据不同类型的受力板受力特点进行设计。

①如果受力板为双向板,在进行甩筋搭接的过程中,在双向板的其中一侧,可能会出现钢筋甩出的情况,这时候宜选用弯钩为135°的直筋。在拼缝处布置甩筋时,要根据钢筋的搭接长度与缝隙的宽度,来确定预制叠合板现浇平缝的宽度。除此之外,还要在拼缝处的装修凹槽设置附加钢筋,并在接缝处增加钢筋,以降低装饰灰泥开裂和拼缝处混凝土开裂的可能性。

②如果受力板为单向板,在预制叠合板的任何一侧,都可能会出现钢筋甩出的情况,因此,在进行预制叠合板拼缝设计时,应采用窄缝设计。

(2)在实际施工时,如果在预制叠合板支座处的水平方向,出现了钢筋甩出的情况,或者与现浇钢筋发生矛盾的情况,施工人员应该将甩出的钢筋进行拆除,在预制叠合板的顶部布置抗剪钢筋,从而使预制叠合板在支座处的安装处于水平的状态。

(3)在安装预制叠合楼板的过程中,如果需要降板时,要根据其所在的具有区域,对其进行单独的安装。如果降板的高度不超过50mm 时,可以将钢筋弯折角度在叠合楼板处连续地进行布置,反之,如果降板高度超过50mm 时,应在两层楼板之间设置连接梁,以提高预制层压板之间的连接稳定性。主要安装方式如图4、图5所示。

图4 叠合板中间支座节

图5 叠合板降板支座节点

5 水平钢筋和竖向受力钢筋的连接设计问题

5.1 预制剪力墙结构竖向受力钢筋的连接设计

(1)目前,在对预制装配式剪力墙结构的竖向钢筋进行连接时,主要采用套筒灌浆、浆锚连接以及机械连接对其进行连接,其中使用频率最高的连接方式是套筒灌浆连接。而对于机械连接方式,可以提高预制装配式剪力墙纵向受力钢筋之间连接的稳定性,可以使建筑内部结构的稳定性与施工质量得到提高,因而,在预制装配式剪力墙施工过程,该种方式可以被广泛地推广与应用。

(2)在对预制装配式剪力墙结构进行设计时,设计人员在选用钢筋时,应优先选用大直径钢筋,同时选择间隔交错方式对套筒进行安装,这样可以使套筒数量与钢筋用量减少,还可以改善竖向钢筋之间的连接,从而使施工质量与施工效率得到提高。

5.2 预制剪力墙结构水平钢筋的连接设计

在对预制装配式剪力墙的水平钢筋进行连接时,一般采用预留u型钢筋方式对水平钢筋进行连接,该种连接方式可以提高水平钢筋施工的可操作性,从而为施工提供便利,使施工难度降低。在实际施工的过程中,如果施工人员在预制装配式剪力墙吊装施工过程中,遇到叠合板两侧预留钢筋出现矛盾的情况,必须及时采取针对性措施予以解决。如果忽视,将对施工工期和建筑质量产生不利影响,严重时会降低建筑的整体质量。因此,如果出现预留钢筋矛盾情况,施工人员必须将原来钢筋连接方式改为预留直线锚固方式。

6 结语

预制装配式剪力墙结构具有环保、施工简单等优点。因此,施工企业应了解预制装配式剪力墙结构的技术发展,施工人员应总结预制装配式剪力墙结构设计过程中的经验,从而有针对性地针对预制装配式剪力墙结构安装过程中存在的问题采取措施,从而使预制装配式剪力墙结构的优势得到充分地发挥,除此之外,还可以使建筑施工的质量与效率得到提高,保证建筑内部结构的稳定性以及创造良好地经济效益。